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行為學實驗案例丨明暗箱實驗操作

焦慮癥是精神障礙中極為常見的一種,臨床實踐中,它經常與其他類型的精神障礙共同存在。根據2019年全球病疾負擔研究的發現,焦慮癥在10至24歲青少年中,是導致傷殘調整生命年的第六大主要病疾。明暗箱實驗(LDB)作為評價狀態焦慮動物模型行為學的經典方法,已被廣泛應用于焦慮癥的發病機制研究和藥篩選中。在嚙齒類實驗動物中,LDB所引發的焦慮情緒主要源于明暗光線的刺激沖突,而其行為模式則受到多種因素的影響,包括實驗裝置的設計(如形狀、材質、尺寸等)、實驗動物的特性(如品系、年齡、性別等)以及實驗操作的具體細節(如起始位置、記錄時間、重測測量以及周期節律等)。因此,本研究基于LDB作為狀態焦慮動物模型的評價方法和原理,深入探討了晝夜節律、光照面積、光照顏色以及光照強度等因素對昆明小鼠在LDB中行為模式的影響,旨在篩選出更加穩定可靠的實驗條件,以優化LDB作為狀態焦慮動物模型的評價方法。

實驗動物  選用雄性昆明小鼠,實驗環境控制在室溫(20±2)℃,并設置12小時黑暗(6:00~18:00)和12小時光照(18:00~6:00)的循環,小鼠可自由獲取食物和水。經過一周的環境預適應后,選取體重在(20±2)g的小鼠進行正式實驗。

實驗裝置  為明暗箱,尺寸為45cm×27cm×27cm,由木質材料制成。明暗箱分為三部分:大面積箱體(27cm×27cm×27cm),底部分成9個面積相等的方格(9cm×9cm);小面積箱體(18cm×27cm×27cm),底部分成6個面積相等的方格(9cm×9cm);以及兩箱體之間的可移動隔板中央通道(7cm×7cm)。明箱區采用30W白燈泡,距離箱底40cm高處照明;暗箱區則采用30W紅燈泡(或其他實驗用彩色燈泡),同樣距離箱底40cm高處照明。

明暗箱/黑白箱/light-dark box,XR-XB120,上海欣軟

實驗操作  過程如下:操作者將昆明小鼠置于大面積箱體的正中央方格,并使用攝像系統記錄小鼠在5分鐘內的行為變化。記錄的行為參數包括兩箱停留時間、水平運動、垂直運動、穿梭次數以及糞便粒數。水平運動記錄為小鼠四只爪子均進入一格的次數,垂直運動記錄為小鼠兩前爪騰空或攀附墻壁的次數。納入實驗分析的參數包括明區停留時間百分率(Ltime%)、明區水平運動百分率(Lcross%)、明區垂直運動百分率(Lrear%)、水平運動總得分(Cross)、垂直運動總得分(Rear)、總得分(Total = Cross + Rear)、穿梭次數(Transition)以及兩區糞便粒數(Lfbs,Dfbs)和糞便總粒數(Fbs = Lfbs + Dfbs)。

影響評估 為了完整評估昆明小鼠在明暗箱(LDB)實驗中的行為模式,并探討不同實驗條件對其行為的影響,我們設計了以下實驗方案。實驗主要考察晝夜節律、光照面積、光照顏色以及光照強度等因素對小鼠行為的影響。

首先,晝夜節律是一個重要的影響因素,我們將其分為白天周期(18:00~6:00,標記為Day)和黑夜周期(6:00~18:00,標記為Night)兩個時段,以觀察小鼠在不同時間段內的行為變化。

其次,光照面積也是一個關鍵因素。我們將明箱區分為大面積箱體(L3/5)和小面積箱體(L2/5)兩種條件,以探究不同光照面積對小鼠行為模式的影響。

為了更完整地了解光照對小鼠行為的影響,我們還設計了光照顏色和光照強度的實驗。在光照顏色實驗中,我們選擇了黃色、綠色、藍色和紅色四種不同顏色的燈光,以觀察小鼠對不同顏色光照的反應。而在光照強度實驗中,我們設置了15W、25W、40W、60W和100W五種不同的光照強度,以探究光照強度對小鼠行為模式的影響。

在實驗設計上,我們采用了析因設計的方法。對于晝夜節律與光照面積的交互效應,我們設置了四個實驗組:Day-L3/5、Day-L2/5、Night-L3/5和Night-L2/5,每個組包含6只小鼠。對于光照顏色實驗,我們在黑夜周期下進行,分別使用黃色、綠色、藍色和紅色燈光,每組同樣包含6只小鼠。對于光照強度實驗,我們也在黑夜周期下進行,分別設置15W、25W、40W、60W和100W五種光照強度,每組包含6只小鼠。

通過記錄和分析小鼠在LDB實驗中的行為參數,如明區停留時間百分率、水平運動百分率、垂直運動百分率、穿梭次數以及糞便粒數等,我們可以完整評估不同實驗條件對小鼠行為模式的影響。這將有助于我們篩選出更加穩定可靠的實驗條件,以優化LDB作為狀態焦慮動物模型的評價方法。


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